SIMULASI DIAMETER GEL BASAH PADA FABRIKASI KERNEL … · makalah ini dapat memberikan pemahaman awal tentang cara memprediksi diameter gel basah YSZ pada berbagai parameter proses

p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473

143

SIMULASI DIAMETER GEL BASAH

PADA FABRIKASI KERNEL YTTRIA-STABILIZED ZIRCONIA

MENGGUNAKAN ALAT GEL-CASTING

Erilia Yusnitha1, Sarjono

1, Sri Rinanti Susilowati

1,

Winter Dewayatna1, Wahyudi Budi Sediawan

2

1Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN

Kawasan Puspiptek Serpong Gd.20 Tangerang Selatan, Banten 15314 2Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik – Universitas Gadjah Mada

Jalan Grafika No.2 Yogyakarta 55281

e-mail: [email protected]

(Naskah diterima: 19–11–2018, Naskah direvisi: 05–12–2018, Naskah disetujui: 12–12–2018)

ABSTRAK

SIMULASI DIAMETER GEL BASAH PADA FABRIKASI KERNEL YTTRIA-STABILIZED

ZIRCONIA MENGGUNAKAN ALAT GEL-CASTING. Pada proses pembuatan kernel yttria-

stabilized zirconia (YSZ), broth diteteskan melalui alat gel-casting untuk membentuk gel basah

YSZ. Broth adalah umpan alat gel-casting yang berupa larutan terdiri dari zirconium (IV) nitrate,

yttrium (III) nitrate hexahydrate, urea, tetrahydrofurfuryl alcohol (THFA), dan poly vinyl alcohol

(PVA). Parameter proses alat gel-casting seperti frekuensi vibrasi dan kecepatan aliran broth

diatur untuk memperoleh bentuk dan ukuran diameter gel basah yang diinginkan. Alat gel-casting

yang berada di PTBBN BATAN memiliki satu buah nozzle dengan diameter 1 mm. Kegiatan

simulasi ini perlu dilakukan untuk mengurangi jumlah eksperimen di laboratorium sehingga

mengurangi volume limbah yang diakibatkan trial and error dalam eksperimen. Selain itu, simulasi

ini bertujuan untuk memprediksi diameter gel basah yang dihasilkan. Oleh karena itu, simulasi

diameter gel basah perlu dilakukan dan diverifikasi dengan hasil eksperimen. Berdasarkan

hipotesa, simulasi diameter gel basah dapat dilakukan dengan memperhitungkan parameter alat

gel-casting seperti kecepatan aliran broth dan frekuensi vibrasi. Selain itu karakteristik dari broth

seperti densitas juga mempengaruhi diameter gel basah. Diameter gel basah yang dihasilkan alat

gel-casting diukur menggunakan alat mikroskop digital. Diameter gel basah dari eksperimen

didekati menggunakan persamaan yang dimodifikasi dengan memperhitungkan frekuensi vibrasi,

kecepatan aliran broth, konsentrasi metal dalam broth dan densitas broth. Hasil simulasi

menunjukkan penyimpangan yang lebih kecil dari simulasi menggunakan persamaan sederhana

yang hanya memperhitungkan frekuensi vibrasi dan kecepatan aliran broth.

Kata kunci: simulasi, diameter, gel basah, broth, alat gel-casting

Urania Vol. 24 No. 3, Oktober 2018: 135−198

p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473

144

ABSTRACT

SIMULATION OF MICROSPHERE OF GELLED KERNELS DIAMETER IN THE FABRICATION

OF YTTRIA-STABILIZED ZIRCONIA WITH GEL-CASTING EQUIPMENT. In kernel fabrication,

microsphere of gelled kernels (yttria-stabilized zirconia) were made by droplet formation of the

broth through the gel-casting equipment. Broth is feed of gel-casting equipment that were made of

mixed ofzirconium (IV) nitrate, yttrium (III) nitrate hexahydrate, urea, tetrahydrofurfuryl alcohol

(THFA), and poly vinyl alcohol (PVA).The process parameter of the gel-casting equipment such

as vibration frequency and broth flowrate need to be set up to control shape and diameter of the

targeted microsphere of gelled kernels. The gel-casting equipment at PTBBN – BATAN is

equipped with single nozzle with 1 mm diameter. The simulation work is important to be carried

out to reduce the number of experiments in the laboratory hence it reduces the waste from trial

and error in the experiment. Moreover, the objective of this simulation work is to predict the

diameter of microsphere of gelled kernels. Therefore, the simulation of microsphere of gelled

kernel diameter is necessary to be build and verified with the experiment data. According to

hypothesis, the simulation of microsphere of gelled kernel diameter can be conducted by

considering gel-casting equipment parameter such as the broth flowrate and vibration frequency.

In addition, the broth characteristic as broth density affects the diameter of microsphere of gelled

kernels diameter. The diameter of microsphere of gelled kernels produced from gel-casting

equipment were determined with digital microscope. The result from simulation calculation shows

that diameter of microsphere of gelled kernels produced from laboratory experiment can be

approached by modified equation involving vibration frequency, broth flowrate, metal

concentration in the broth and broth density. It appears that the deviation of simulation calculation

is smaller than simple equation, where only vibration frequency and broth flowrate are included in

the calculation.

Keywords: simulation, diameter, microsphere of gelled kernels, broth, gel-casting equipment.

p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473

Simulasi Diameter Gel Basah Pada Fabrikasi Kernel Yttria-Stabilized Zirconia Menggunakan Alat Gel-Casting

(Erilia Yusnitha, Sarjono, Sri Rinanti Susilowati,

Winter Dewayatna, Wahyudi Budi Sediawan)

145

PENDAHULUAN

Reaktor Daya Eksperimental (RDE)

yang sedang dikembangkan oleh BATAN

merupakan reaktor bertipe HighTemperature

Gas-Cooled Reactor (HTGR). Bahan bakar

reaktor gas temperatur tinggi dapat

diproduksi dalam bentuk prismatik atau

pebble [1]. Bahan bakar pebble telah

digunakan untuk reaktor temperature tinggi

Pebble bed Module (HTR-PM), 10 MW HTR

(HTR–10) di Cina [2] dan PBMR di Afrika

Selatan, sedangkan bahan bakar bentuk

prismatik digunakan untuk reaktor GT–MHR

di Amerika dan HTTR di Jepang [1]. Bahan

bakar bentuk prismatik dan pebble terdiri

dari sejumlah besar partikel terlapisi. Bagian

tengah dari partikel terlapisi adalah kernel

yang dibuat dari uranium oksida (UO2) [3, 4],

uranium karbida (UC+UC2) [4], uranium

oksikarbida (UCO) [4,5] dan uranium nitrida

[6]. Kernel ini kemudian dilapisi dengan

beberapa lapisan yang terdiri dari lapisan

buffer, lapisan pyrolytic carbon (IPyC and

OPyC) and silikon karbida (SiC) [3,7] untuk

membentuk tri-structural isotropic (TRISO)

[7] menggunakan alat fluidized bed chemical

vapor deposition [8,9].

Dalam produksi partikel terlapisi

yang memenuhi persyaratan untuk bahan

bakar reaktor gas temperatur tinggi,

diperlukan produksi kernel yang memenuhi

kendali kualitas dan jaminan mutu dari

persyaratan kernel. Salah satu persyaratan

kendali kualitas dari kernel adalah memiliki

sferisitas yang baik dan penyimpangan

diameter kernel yang kecil [10]. Upaya untuk

keperluan eksperimen, kernel bahan bakar

nuklir dapat digantikan dengan bahan

non radioaktif seperti zirkonia [1,11],

yttria-stabilized zirconia [12] dan cerium

dioksida [13]. Teknik broth-gel untuk

fabrikasi kernel ada 3 jenis yaitu gelasi

ektraksi air [4],gelasi internal [14] and gelasi

eksternal [2].

Proses pembuatan kernel yang

dilakukan di Pusat Teknologi Bahan Bakar

Nuklir (PTBBN)–BATAN menggunakan cara

gelasi eksternal. Salah satu persyaratan

kendali kualitas untuk kernel adalah kontrol

diameter yang akurat. Diameter kernel

berhubungan erat dengan diameter gel

basah yang dihasilkan dari alat gel-casting.

Kegiatan simulasi diameter gel basah ini

dilakukan untuk mengurangi jumlah

eksperimen di laboratorium, sehingga

mengurangi volume limbah yang diakibatkan

trial and error selama proses eksperimen.

Hingga saat ini, belum diketahui ada karya

tulis ilmiah maupun jurnal yang melakukan

simulasi diameter gel basah menggunakan

yttria-stabilized-zirconia (YSZ) untuk menen-

tukan parameter pengoperasian alat gel-

casting yang dimiliki PTBBN–BATAN.

Perhitungan simulasi yang disediakan dalam

makalah ini dapat memberikan pemahaman

awal tentang cara memprediksi diameter gel

basah YSZ pada berbagai parameter proses

alat gel-casting, antara lain frekuensi vibrasi

dan kecepatan aliran broth.

TEORI

Proses pembuatan kernel dimulai

dengan preparasi broth. Broth adalah

umpan alat gel-casting yang berupa larutan

terdiri dari zirconium (IV) nitrate, yttrium (III)

nitrate hexahydrate, urea, tetrahydrofurfuryl

alcohol (THFA), dan poly vinyl alcohol

(PVA). Pembuatan droplet dilakukan dengan

menggunakan alat gel-casting. Cara kerja

alat gel-casting ini dengan meneteskan

broth dengan menggunakan vibrasi pada

frekuensi tertentu sehingga berbentuk

droplet ke dalam kolom yang berisi larutan

ammonium hidroksida (NH4OH) pekat untuk

membentuk gel basah. Droplet terlebih

dahulu melewati gas amoniak (NH3),

sebelum mencapai permukaan larutan

amonia, dimana terjadi reaksi antara gas

NH3 dengan permukaan droplet yang

menyebabkan permukaan droplet

mengalami pengerasan. Droplet yang telah

mengalami pengerasan permukaan dan

setelah didiamkan beberapa saat di dalam


p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473

146

cairan gelasi diambil dari kolom gelasi pada

alat gel-casting ini disebut gel basah.

Baker [4], menyatakan bahwa

ukuran droplet dikontrol oleh diameter

nozzle, kecepatan aliran dan frekuensi

vibrasi. Wenli [15] juga menyebutkan bahwa

diameter kernel UO2 dapat dikontrol melalui

pengaturan frekuensi vibrasi dan kecepatan

aliran. Guogao [16], dalam makalahnya

menjelaskan bahwa pH broth, konsentrasi

metal, kecepatan aliran broth dan frekuensi

vibrasi perlu dioptimisasi untuk

mendapatkan diameter kernel yang

akurat. IAEA-TECDOC-CD-1674 [17],

menggunakan persamaan sederhana untuk

memprediksi diameter droplet seperti

persamaan (1).

𝑑 = 6∙𝑄

𝜋∙𝑓

3 (1)

dengan

d = diameter droplet

Q = kecepatan aliran broth

f = frekuensi vibrasi

Berdasarkan paper yang ditulis Hao

[18] terdapat persamaan untuk menghitung

diameter produk akhir dari proses casting

yang menggunakan vibrasi sinusoidal pada

frekuensi dan amplitudo tertentu.

Persamaan dari Hao dilakukan beberapa

modifikasi untuk menghitung diameter

droplet sehingga diperoleh persamaan (2).

𝑑 = 2 ∙ 𝐶∙𝑄

𝐾∙𝜌∙𝑓

3 (2)

dengan

d = diameter droplet

C = konsentrasi metal dalam broth

Q = kecepatan aliran broth

K = konstanta karakteristik dari nozzle

alat gel-casting

ρ = densitas broth

f = frekuensi vibrasi

METODOLOGI

Pembuatan broth untuk proses casting

Bahan untuk pembuatan broth terdiri

dari zirconium (IV) nitrate, yttrium (III) nitrate

hexahydrate, urea, tetrahydrofurfuryl alcohol

(THFA), dan poly vinyl alcohol (PVA).

Konsentrasi metal dalam broth ditentukan

dengan menimbang sejumlah bahan

zirconium (IV) nitrate dan yttrium (III) nitrate

hexahydrate. Densitas broth diukur dengan

menggunakan alat densitometer.

Proses casting

Alat gel-casting yang dimiliki

PTBBN–BATAN ditunjukkan seperti pada

Gambar 1, broth diumpankan melalui tangki

umpan untuk selanjutnya dialirkan ke

vibrator. Vibrator ini diatur pada frekuensi

100 Hz. Broth diteteskan melalui satu

buahnozzle dengan diameter sebesar 1 mm

ke dalam kolom casting yang dialiri gas

amoniak (NH3) sebelum masuk ke larutan

ammonium hidroksida (NH4OH). Gel basah

yang dihasilkan oleh alat gel-casting diukur

diameternya dengan menggunakan alat

mikroskop digital.

Gambar 1. Diagram alat Gel-Casting

Verifikasi hasil simulasi dengan data

eksperimen di laboratorium

Pada kegiatan ini, dua persamaan

matematis diambil dari referensi untuk

keperluan perhitungan simulasi diameter gel

p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473




147

basah, kemudian hasil eksperimen di

laboratorium digunakan sebagai verifikasi

hasil perhitungan simulasi. Perhitungan

simulasi dilakukan dengan menggunakan

program komputer matlab. Pada penelitian

ini dilakukan simulasi untuk mendekati nilai

diameter gel basah yang dihasilkan dari

hasil eksperimen di laboratorium. Ada dua

simulasi yang dilakukan untuk mendekati

hasil eksperimen di laboratorium yaitu

simulasi berdasarkan persamaan sederhana

yang terdapat pada technical document dari

IAEA dan simulasi yang lebih kompleks

berdasarkan modifikasi persamaan dari

paper yang ditulis oleh Hao dengan

memperhitungkan konstanta karakteristik

dari nozzle alat casting, frekuensi vibrasi,

kecepatan aliran broth, konsentrasi metal

dalam broth dan densitas broth.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil penelitian ini telah diperoleh

tujuh variasi broth untuk kernel yttria-

stabilized zirconia dengan spesifikasi seperti

ditampilkan pada Tabel 1. Pada proses

gel-casting, frekuensi vibrator yang

digunakan adalah 100 Hz. Tabel 1 juga

memperlihatkan kecepatan aliran broth yang

melewati nozzle dan diameter rerata gel

basah yang diperoleh dari eksperimen untuk

setiap sampel, sedangkan mikrograf gel

basah sebagai hasil analisis dari mikroskop

digital untuk masing-masing sampel

ditunjukkan pada Gambar 2 hingga 8.

Pada Gambar 9, ditampilkan hasil

simulasi dan data eksperimen dengan variasi

frekuensi vibrasi. Variasi diameter gel basah

pada setiap sampel hasil eksperimen di

laboratorium dimungkinkan karena adanya

noise pada alat vibrator sehingga

mempengaruhi frekuensi vibrasi, friksi pada

pipa alat casting sehingga mempengaruhi

kecepatan aliran broth. Selain itu

berkurangnya volume broth pada tangki

pengumpan alat gel-casting pada saat

pembentukan droplet sebagai fungsi waktu

juga dapat mempengaruhi kecepatan aliran

broth sehingga menyebabkan variasi

diameter gel basah. Hasil simulasi

menggunakan persamaan IAEA-TECDOC-

CD-1674 menunjukkan bahwa frekuensi

vibrasi pada alat gel-casting yang semakin

besar memberikan diameter gel basah yang

semakin kecil. Hal ini sesuai dengan

persamaan (1) bahwa diameter gel basah

berbanding terbalik dengan frekuensi vibrasi,

sehingga semakin besar frekuensi pada alat

vibrasi maka gel basah yang dihasilkan akan

semakin kecil. Simulasi untuk sampel no 3, 4,

5 dan 6 berhimpit karena pada kecepatan

aliran broth yang sama yaitu 5 x 10-7 m

3 s

-1.

Perbandingan diameter gel basah hasil

simulasi dengan data ekperimen di

laboratorium didapatkan penyimpangan

sebesar 0,2239 (sampel 1), 0,0504 (sampel

2), 0,1710 (sampel 3), 0,1314 (sampel 4),

0,2306 (sampel 5), 0,1471 (sampel 6) dan

0,0894 (sampel 7). Dari hasil analisis ini

diperoleh rerata penyimpangan antara data

eksperimen dengan simulasi sebesar 0,1491.

Tabel 1. Data proses gel-casting broth dan diameter gel basah untuk frekuensi vibrator 100Hz.

Sampel Konsentrasi metal

dalam broth (kg m-3

)

Densitas broth

(kg m-3

)

Kecepatan aliran

broth (m3 s

-1)

Diameter rerata

gel basah (m)

Sampel 1 184,4649 1.108,0 2,667 x 10-7

1,4039

Sampel 2 245,2184 1.662,0 4,200 x 10-7

1,9305

Sampel 3 196,9787 1.120,5 5,000 x 10-7

1,8797

Sampel 4 255,6532 1.480,0 5,000 x 10-7

1,9358

Sampel 5 266,3385 1.148,3 5,000 x 10-7

1,7954

Sampel 6 266,3385 1.142,3 5,000 x 10-7

1,9136

Sampel 7 254,1211 1.154,6 4,500 x 10-7

1,9219


p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473

148

Gambar 2. Gel basah sampel 1 Gambar 3. Gel basah sampel 2



Gambar 8. Gel basah sampel 7

p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473




149

Gambar 9. Hubungan antara diameter gel basah dengan frekuensi vibrasi pada eksperimen dan

hasil simulasi menggunakan persamaan dari IAEA-TECDOC-CD-1674 [17]

Gambar 10 menunjukkan bahwa

setelah dilakukan beberapa eksperimen pada

frekuensi vibrasi tetap 100 Hz dengan

kecepatan aliran broth yang berbeda terlihat

bahwa diameter gel basah yang diperoleh

dari eksperimen memiliki kecenderungan

yang sama dengan hasil simulasi dimana

semakin besar kecepatan aliran broth maka

akan diperoleh gel basah dengan diameter

yang semakin besar. Hal ini dibuktikan bahwa

pada eksperimen di laboratorium untuk

sampel 1 dengan kecepatan aliran broth

paling kecil maka diperoleh diameter gel

basah paling kecil. Meskipun diameter gel

basah sampel 1 dari hasil eksperimen di

laboratorium diperoleh 1,4039 mm

sedangkan dari simulasi sebesar 1,7206 mm

sehingga ada penyimpangan sebesar

0,2239. Persamaan dari Hao selanjutnya

digunakan yang sudah dimodifikasi untuk

mendekati diameter gel basah yang diperoleh

dari eksperimen di laboratorium.

Pada Gambar 11 terlihat bahwa hasil

perhitungan simulasi untuk sampel 5 dan

sampel 6 berhimpitan. Fenomena ini sudah

diprediksi karena kecepatan aliran broth

untuk kedua sampel tersebut sama besarnya.

Selain itu, karakteristik broth sampel 5 dan

sample 6 seperti yang sudah dijelaskan pada

Tabel 1 yaitu konsentrasi metal dalam broth

dan densitas broth memiliki nilai yang hampir

sama besarnya. Sebagai contoh dari

perhitungan simulasi diperoleh diameter gel

basah untuk sampel 5 sebesar 2,0234 mm

dan sampel 6 sebesar 2,0269 mm pada

frekuensi vibrasi 100 Hz. Berdasarkan

perhitungan diperoleh diameter gel basah

hasil simulasi berdasarkan modifikasi

persamaan yang tertulis pada makalah Hao

dapat mendekati diameter gel basah hasil

eksperimen di laboratorium. Hal ini

dimungkinkan karena Hao menggunakan

nilai K yaitu konstanta karakteristik dari

nozzle alat gel-casting. Sehingga pada

konstanta K = 1,12 memberikan rerata

penyimpangan terkecil sebesar 0,0843.

Untuk penyimpangan tiap-tiap sampel

dibandingkan dengan hasil simulasi sebagai

berikut: 0,0462 (sampel 1), 0,2041 (sampel

2), 0,0247 (sampel 3), 0,0720 (sampel 4),

0,1612 (sampel 5), 0,0801 (sampel 6) dan

0,0016 (sampel 7).


p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473

150

Gambar 10. Hubungan antara diameter gel basah dengan kecepatan aliran broth pada eksperimen

dan simulasi menggunakan persamaan dari IAEA-TECDOC-CD-1674 [17]

Gambar 11. Hubungan antara diameter gel basah dengan frekuensi vibrasi, data eksperimen

dengan hasil simulasi berdasarkan modifikasi persamaan dari Hao

Gambar 12 menunjukkan bahwa

pada simulasi sampel 5 dan sampel 6

berhimpit sama seperti Gambar 11. Sebagai

contoh dari perhitungan simulasi untuk

kecepatan aliran broth 5 x 10-7 m

3 s

-1

diperoleh diameter gel basah sampel 5

sebesar 2,0234 mm dan sampel 6 sebesar

2,0269 mm sehingga jika ditampilkan secara

p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473




151

visual terlihat berhimpit. Hasil perhitungan

simulasi memiliki kesesuaian dengan data

eksperimen di laboratorium yaitu semakin

besar kecepatan aliran broth maka gel basah

yang dihasilkan alat gel-casting juga semakin

besar.

Hubungan antara diameter gel basah

dengan konsentrasi metal dalam broth

divisualisasikan pada Gambar 13 dengan

menggunakan modifikasi persamaan dari

Hao untuk mendekati hasil eksperimen di

laboratorium. Pada Gambar 13 terlihat bahwa

baik dari perhitungan simulasi maupun dari

data eksperimen di laboratorium memiliki

kecenderungan yang sama yaitu semakin

besar konsentrasi metal dalam broth maka

diameter gel basah yang dihasilkan alat

casting juga akan semakin besar. Dari hasil

perhitungan simulasi untuk konsentrasi metal

dalam broth 200 kg/m3 diperoleh diameter

gel basah untuk sampel 1=1,5094 mm,

sampel 2=1,5341 mm, sampel 3=1,8542 mm,

sampel 4=1,6899 mm, sampel 5=1,8391 mm,

sampel 6=1,8423 mm dan sampel

7=1,7724 mm, sehingga jika divisualisasikan

dalam bentuk grafik maka sampel 5 dan

sampel 6 akan terlihat berhimpit.

Gambar 12. Hubungan antara diameter gel basah dengan kecepatan aliran broth, data

eksperimen dengan hasil simulasi berdasarkan modifikasi persamaan dari Hao

Untuk memberikan pengetahuan

seberapa besar pengaruh densitas broth

pada ukuran diameter gel basah yang

dihasilkan alat gel-casting, dilakukan simulasi

berdasarkan persamaan yang sudah

dimodifikasi dari Hao pada Gambar 14. Dari

perhitungan simulasi dengan menggunakan

densitas broth semakin besar maka diameter

gel basah yang diperoleh dari alat gel-casting

akan semakin kecil. Sebagai contoh jika

menggunakan densitas broth sebesar

1200 kg m-3 dari hasil perhitungan simulasi

diperoleh diameter gel basah untuk sampel

1=1,4307 mm, sampel 2=1,8302 mm, sampel

3=1,8031 mm, sampel 4=1,9668 mm, sampel

5=1,9939 mm, sampel 6=1,9939 mm dan

sampel 7=1,8952 mm. Sehingga jika simulasi

untuk sampel 5 dan sampel 6 divisualisasikan

dalam bentuk grafik maka sampel 5 dan

sampel 6 terlihat berhimpit.


p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473

152

Gambar 13. Hubungan antara diameter gel basah dengan konsentrasi metal dalam broth, data

eksperimen dengan hasil simulasi berdasarkan modifikasi persamaan dari Hao

Gambar 14. Hubungan antara diameter gel basah dengan densitas broth, data eksperimen

dengan hasil simulasi berdasarkan modifikasi persamaan dari Hao

p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473




153

SIMPULAN

Diameter gel basah hasil eksperimen

di laboratorium menggunakan alat gel-casting

yang dimiliki PTBBN–BATAN dapat didekati

dengan menggunakan modifikasi persamaan

yang diberikan oleh Hao dalam penelitiannya

dengan menggunakan konstanta karakteristik

dari nozzle alat gel-casting sebesar 1,12

sehingga memberikan rerata penyimpangan

terkecil sebesar 0,0843. Bila hasil

eksperimen di laboratorium didekati dengan

persamaan yang diberikan di TECDOC-CD-

1674 IAEA diperoleh rerata penyimpangan

antara data eksperimen dengan simulasi

sebesar 0,1491. Dari kedua persamaan yang

digunakan dalam perhitungan simulasi dapat

disimpulkan bahwa modifikasi persamaan

dari Hao lebih mendekati hasil eksperimen di

laboratorium dari pada persamaan dari IAEA.

Hal ini menunjukkan bahwa diameter gel

basah yang dihasilkan alat gel-casting

dipengaruhi tidak hanya kecepatan aliran

broth dan frekuensi vibrasi akan tetapi juga

dipengaruhi densitas broth dan konsentrasi

metal dalam broth.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terimakasih disampaikan

kepada rekan-rekan yang telah membantu

melakukan penelitian di laboratorium

sehingga dapat menyusun karya tulis ilmiah

ini. Penelitian ini didanai oleh Kemenristek

Dikti, Flagship Insinas BATAN tahun 2018.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. W. K. Kim, Y. W. Lee, M. S. Cho,

“Nondestructive measurement of the

weight of kernels in a simulated

cylindrical fuel compact for HTGR using

X-ray computed tomography,” Nuclear

Engineering and Design, vol. 241, no.9,

pp. 3748-3752, 2011.

[2]. Z. Xiangwen, et al., “Preparation of

ammonium diuranate particles by

external gelation process of uranium in

INET,” Nuclear Engineering and Design,

vol. 250 (Supplement C), pp. 192-196,

2012.

[3]. G. Brähler, et al., Improvements in the

fabrication of HTR fuel elements,

“Nuclear Engineering and Design,” vol.

251 (Supplement C), pp. 239-243, 2012

[4]. M. P. Baker, et.al, “Selection and

properties of alternative forming fluids for

TRISO fuel kernel production,” Journal

of Nuclear Materials, vol. 432, no. 1, pp.

395-406, 2013.

[5]. J. A. Phillips, S. G. Nagley, and E. L.

Shaber, “Fabrication of uranium

oxycarbide kernels and compacts for

HTR fuel,” Nuclear Engineering and

Design, vol. 51(Supplement C), pp. 261-

281, 2012.

[6]. M. Brykala, and M. Rogowski,

“Preparation of microspheres of carbon

black dispersion in uranyl-ascorbate gels

as precursors for uranium carbide,”

Progress in Nuclear Energy, vol.

89(Supplement C), pp. 132-139, 2016.

[7]. N. N. Ngoepe, and J. P. R. de Villiers,

“The thermal expansion of 3C–SiC in

TRISO particles by high temperature X-

ray diffraction,” Journal of Nuclear

Materials, vol. 438, no. 1, pp. 88-93,

2013.

[8]. T. J. Gerczak, et al., “SiC layer

microstructure in AGR-1 and AGR-2

TRISO fuel particles and the influence of

its variation on the effective diffusion of

key fission products,” Journal of Nuclear

Materials, vol. 480(Supplement C), pp.

257-270, 2016.

[9]. E. López-Honorato, P.J. Meadows, and

P. Xiao, “Fluidized bed chemical vapor

deposition of pyrolytic carbon – I:Effect

of deposition conditions on

microstructure,” Carbon, vol. 47, no.2,

pp. 396-410, 2009.

[10]. G. Wenli, et al., “Diameter deviation

calculation for UO2 kernel by sol–gel

process. Nuclear Engineering and

Design, vol. 241, no. 8, pp. 2964-2967,

2011.


p ISSN 0852−4777; e ISSN 2528−0473

154

[11]. K. Bari, et al., “Characterization of the

porosity in TRISO coated fuel particles

and its effect on the relative thermal

diffusivity,” Nuclear Engineering and

Design, vol. 265 (Supplement C): pp.

668-674, 2013.

[12]. M. P. Baker, et al., “Straight-chain

halocarbon forming fluids for TRISO

fuel kernel production–tests with

yttria-stabilized zirconia microspheres,”

Journal of Nuclear Materials, vol. 458

(Supplement C), pp. 77-86, 2015.

[13]. R. D. Hunt, et al., “Key process

parameters to modify the porosity of

cerium dioxide microspheres formed in

the internal gelation process,” Journal of

Nuclear Materials, vol. 495, pp. 33-37,

2017

[14]. R.D. Hunt, et al., “The addition of silicon

carbide to surrogate nuclear fuel kernels

made by the internal gelation process,”

Journal of Nuclear Materials, vol. 401,

no.1, pp. 55-59, 2010.

[15]. G. Wenli, et al., “Preparing UO2 kernels

by gel-casting. Nuclear Science and

Techniques, vol. 20, pp. 124-128, 2009.

[16]. W. J. Guogao, M. Yong, G. Xingyu, S.

Zhao, C. H. Deng, “Precisely Controlling

Preparation of Ceria-Stabilized Zirconia

Microspheres of ~100 micron by external

gelation,” International Journal of

Applied Ceramic Technology, pp. 1-7,

2016.

[17]. IAEA, IAEA-TECDOC-CD-1674, 2012.

[18]. S. Hao, et al., “Large-scale production of

UO2 kernels by sol–gel process at

INET,” Nuclear Engineering and Design,

vol. 271, pp. 158-161, 2014.

SIMULASI DIAMETER GEL BASAH PADA FABRIKASI KERNEL … · makalah ini dapat memberikan pemahaman awal tentang cara memprediksi diameter gel basah YSZ pada berbagai parameter proses

Documents